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Die Erfindung betrifft ein Gefriergerät mit zumindest
einem Kühlkreislauf,
mit zumindest einem statischen Verdampfer, einem Kompressor, einem Verflüssiger und
mindestens einem Entspannungselement und ein Enteisungsverfahren
für ein
solches Gefriergerät
bzw. Teilen davon.
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Üblicherweise
besitzen Gefriergeräte
statische Verdampfersysteme, z. B. Plattenverdampfer- oder Draht-auf-Rohr-Systeme,
eingeschäumte
oder frei hängende
Verdampfer oder auch umwickelte Behälter. Ein Gefriergerät mit einem
Plattenverdampfer ist in
EP
0 698 771 B1 beschrieben.
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Da beim Gebrauch der Gefriergeräte auch immer
wieder die Gerätetür geöffnet wird,
gelangt feuchte Luft in den Innenraum, wo sich die Luftfeuchtigkeit
dann an den kältesten
Teilen, und speziell in der Nähe
der Türöffnung,
als Eis niederschlägt,
beispielsweise an denen als Verdampfer ausgeführten Ablageplatten des Gefrierschrankes
an der der Tür zugewandten
Seite. Zwar ist mit solchen statischen Verdampfern eine energiesparende
Betriebsweise möglich,
sie werden jedoch langsam vereisen. Daraus entsteht die Notwendigkeit,
den Gefrierschrank von Zeit zu Zeit in einer zeitaufwendigen Prozedur abzutauen.
Während
dieser Zeit ist die Kühlung
unterbrochen.
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Um dies zu vermeiden, werden dynamische Verdampfer
in sogenannten No-Frost-Geräten eingesetzt. Über Luftkanäle wird
gekühlte
Luft mit Hilfe eines Ventilators von einem Verdampfer in den zu
kühlenden
Raum geführt.
In dem zu kühlenden
Raum selbst existiert kein Verdampfer, an welchem sich Eis niederschlagen
kann. Der Luftkreislauf ist als geschlossenes System ausgestaltet,
so daß die
Raumluft wieder zum Verdampfer gelangt, an welchem sie erneut abgekühlt wird,
wobei sich vorhandene Luftfeuchtigkeit am Verdampfer niederschlägt. Das
sich auf diese Weise am Verdampfer bildende Eis wird bedarfsabhängig nach
einem Algorithmus abgetaut. Das Tauwasser wird z. B. über einen
Siphon in eine Verdunstungsschale geleitet, welche z. B. über den wärmeabgebenden
Kompressor befestigt ist. Solche No-Frost-Systeme verhindern die
Eisbildung im zu kühlenden
Raum und gestatten einen separaten Abtauprozeß, ohne daß die in dem Gefrierschrank
eingelegten Güter
herausgenommen werden müssen. Das
Umluftsystem zeigt jedoch eine schlechte Energiebilanz, da z. B.
der Ventilator Verlustwärme
abgibt und durch die umlaufende Luft der Wärmeeinfall vergrößert wird.
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Ein Gefriergerät mit den Merkmalen des Oberbegriffes
des Anspruches 1 ist aus
EP
0 698 771 B1 bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, ein Gefriergerät
und ein Enteisungsverfahren anzugeben, bei welchen ein zeitaufwendiger
Abtauprozeß des
zu kühlenden
Raumes vermieden werden kann und welche eine gute Energiebilanz
aufweisen.
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Diese Aufgabe wird mit einem gattungsgemäßen Gefriergerät mit den
Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1 gelöst. Die
Unteransprüche
sind auf vorteilhafte Ausgestaltungen gerichtet.
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Das erfindungsgemäße Gefriergerät weist zusätzlich zu
dem einen bzw. den mehreren statischen Verdampfern wenigstens eine
Enteisungseinrichtung auf, die zumindest einen dynamischen Verdampfer
mit einem Lüfter
zum Luftaustausch mit dem statischen Verdampfer bzw. den statischen
Verdampfern und/oder dessen bzw. deren räumlicher Umgebung umfaßt. Für den Normalbetrieb
ist das erfindungsgemäße Gefriergerät mit einem
oder mehreren statischen Verdampfern ausgestattet, wodurch eine energiesparende
Betriebsweise möglich
ist. Diese statischen Verdampfer werden in der Regel langsam vereisen,
im speziellen, wenn die Gefriergerätstür öfter geöffnet wird. Die statischen
Verdampfer können auch
derart gekapselt sein, daß sie
selbst der Vereisung nicht ausgesetzt sind. Bei solchen Ausführungen
wird die räumliche
Umgebung vereisen. Das entstehende Eis kann in bestimmten Zeitabständen, z. B.
gesteuert von einem Microcontroller, durch Einschalten des Lüfters in
einem Sublimationsprozeß zunächst auf
den dynamischen Verdampfer übertragen
werden, um dort abgetaut zu werden. Dabei wird ein Luftstrom von
dem Eis zu dem kälteren
dynamischen Verdampfer erzeugt, der zur Sublimation führt. Es
ist also nicht nötig,
die in den Gefrierschrank eingelegten Güter während des Abtauens aus dem
Gerät herauszunehmen.
Nur während
des Sublimationsprozesses, in dem das Eis vom statischen Verdampfer
bzw. dessen Umgebung zu dem dynamischen Verdampfer übertragen
wird, ist der Lüfter
in Betrieb, so daß der
Wärmeeintrag
in den Kühlraum aufgrund
der Lüfterverlustwärme begrenzt
ist. Auch der Luftstrom ist nur während des Sublimationsprozesses
vorhanden, so daß auch
nur in dieser Zeit ein Wärmeeinfall
durch den Luftstrom erzeugt wird. Während des Normalbetriebes hingegen
wird die Kühlung
des zu kühlenden
Raumes durch den einen bzw. die mehreren statischen Verdampfer gewährleistet.
Der bzw. die dynamischen Verdampfer ist/sind in einem eigenen Compartment
des Gefrierschrankes vorgesehen.
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Die folgenden bevorzugten Ausführungsformen
werden anhand eines Gefriergerätes
mit jeweils einem dynamischen und einem statischen Verdampfer erläutert. Die
Erfindung umfaßt
jedoch auch solche Gefriergeräte,
bei denen jeweils mehrere Verdampfer vorgesehen sind, die in analoger
Weise vorgesehen sind. Insbesondere sind auch solche Geräte umfaßt, bei
denen einzelnen Gefrierfächern
individuelle statische Verdampfer zugeordnet sind.
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Um den dynamischen Verdampfer abzutauen,
ist vorteilhafterweise ein Heizelement vorgesehen, das als Abtauheizung
des dynamischen Verdampfers dient. Dabei entstehendes Tauwasser
kann über
einen Wasserablauf in eine Verdunstungsschale geleitet werden.
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Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gefriergerätes sind
der statische Verdampfer und der dynamische Verdampfer in einem
Kühlkreislauf
in Reihe geschaltet, wobei der statische Verdampfer stromabwärts des
dynamischen Verdampfers angeordnet ist. Diese Anordnung gewährleistet die
für eine
Sublimation notwendigen tieferen Temperaturen am dynamischen Verdampfer.
Im Normalbetrieb ist der Lüfter
des dynamischen Verdampfers ausgeschaltet und somit nur der statische
Verdampfer zur Abkühlung
der in dem Gefrierschrank eingelegten Güter aktiv. Um das Eis am statischen
Verdampfer abzubauen, wird der Lüfter
eine Zeitdauer x zugeschaltet und damit der dynamische Verdampfer aktiviert
bzw. belastet. Dies kann entweder ein- oder mehrmals zwischen einzelnen
Abtauphasen des dynamischen Verdampfers geschehen. Das an dem statischen
Verdampfer abgebaute Eis lagert sich während des Sublimationsprozesses
am kälteren
dynamischen Verdampfer an, der bedarfsabhängig nach einem entsprechend
gewählten
Algorithmus abgetaut wird. In der Abtauphase selbst wird der Kompressor
des Kühlsystemes
ausgeschaltet, wodurch sowohl der statische als auch der dynamische Verdampfer
inaktiv sind und der dynamische Verdampfer wird abgetaut.
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Bei einer Ausführungsform mit mehreren statischen
bzw. dynamischen Verdampfern kann z. B. der dynamische Verdampfer
bzw. können
alle dynamischen Verdampfer stromaufwärts der statischen Verdampfer
vorgesehen sein.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Gefriergerätes sind
der statische und der dynamische Verdampfer parallel geschaltet.
Der Kühlkreislauf
ist im Normalbetrieb so geschaltet, daß nur der statische Verdampfer
zur Abkühlung
der Lebensmittel aktiv ist. Um das Eis des statischen Verdampfers
abzubauen, wird auf den dynamischen Verdampfer umgeschaltet und
der Lüfter angeschaltet.
Der statische Verdampfer ist also währenddessen nicht aktiv. Wiederum
kann dies entweder ein- oder mehrmals zwischen den Abtauphasen für eine Zeitdauer
x geschehen. Das an dem statischen Verdampfer abgebaute Eis lagert
sich am dynamischen Verdampfer an, der in dieser Phase kälter als
der statische Verdampfer ist, dessen Betrieb ausgesetzt ist. Der
dynamische Verdampfer kann wiederum bedarfsabhängig gemäß einem Algorithmus abgetaut
werden.
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Während
der Abtauphase selbst kann bei dieser parallelen Betriebsweise der
statische bzw. die statischen Verdampfer zur Kühlung der eingelegten Güter bereits
wieder aktiv sein.
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Der dynamische Verdampfer dient dazu,
das sublimierte Eis während
des Sublimationsprozesses aufzunehmen. Während des Sublimationsprozesses ist
der statische Verdampfer nicht aktiv, die Kühlung wird jedoch von dem Luftstrom
des dynamischen Verdampfers aufrecht erhalten. Eine Kühlpause
wird also vermieden. Bei einer Ausführungsform mit mehreren statischen
bzw. dynamischen Verdampfern kann z. B. jedem Verdampfer einer der
parallelen Äste
des Kühlkreislaufes
zugeordnet sein. Alternativ kann ein Ast dem statischen Verdampfer
und ein Ast dem dynamischen Verdampfer bzw. den dynamischen Verdampfern
vorbehalten sein.
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Die Steuerung, ob zu einem bestimmten Zeitpunkt
der dynamische Verdampfer oder der statische Verdampfer in den Kühlkreislauf
eingeschaltet ist, kann mit Hilfe der vor den Verdampfern im Kühlkreislauf
vorhandenen Entspannungselemente, z. B. Kapillarventilen, geschehen.
Je nach dem, welcher Ast des Kühlkreislaufs
in Betrieb sein soll, wird das entsprechende Kapillarventil geöffnet und
das andere geschlossen. Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gefriergerätes mit
paralleler Anordnung des statischen und des dynamischen Verdampfers
ist ein Umschaltventil vorgesehen, mit Hilfe dessen die einzelnen Äste des
parallelen Systems in den Kühlkreislauf
eingeschaltet werden können.
Bei einer solchen Ausführungsform
ist der Umschaltprozeß nicht
von den empfindlichen Kapillarventilen abhängig.
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In den geschilderten Fällen werden
die Kapillarventile bzw. das Umschaltventil z. B. mit Hilfe einer Elektronik
angesteuert.
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Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform
mit parallelen Ästen
kann auf ein Umschaltventil oder eine Ventilsteuerung gänzlich verzichtet
werden. Bei einer solchen Ausführungsform
sind die statischen Verdampfer bzw. ist der statische Verdampfer durch
konstruktive Maßnahmen
derart ausgestaltet, daß die
Temperatur des dynamischen Verdampfers in der Regel niedriger ist
als die Temperatur des statischen Verdampfers. Wird bei einer solchen
Ausgestaltung der Lüfter
eingeschaltet, so findet der beschriebene Sublimationsprozeß statt,
da der dynamische Verdampfer eine niedrigere Temperatur als der statische
Verdampfer hat.
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Eine mögliche konstruktive Maßnahme zur Erreichung
des Zieles, daß der
dynamische Verdampfer eine niedrigere Temperatur hat, ist z. B.
eine entsprechende dimensionierte Isolierung des statischen Verdampfers,
die zwar eine Kühlung
des Kühlraumes
zuläßt, jedoch
kein Absinken der Temperatur des statischen Verdampfers unter die
Temperatur des dynamischen Verdampfers, wenn beide zugleich in Betrieb
sind.
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Bei einer besonders einfachen Ausführungsform
ist der statische Verdampfer als Plattenverdampfer ausgestaltet.
Eine besonders kompakte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Gefrierschrankes
umfaßt
einen Lamellenverdampfer als dynamischen Verdampfer.
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Die Aufgabe wird auch mit einem Enteisungsverfahren
mit den Merkmalen des Anspruches 10 gelöst. Ein solches erfindungsgemäßes Verfahren eignet
sich für
ein Gefriergerät
mit zumindest einem statischen Verdampfer und ermöglicht das
Enteisen des Gefriergerätes
bzw. Teilen davon. Ein Luftstrom wird von Eis, das sich an dem zumindest
einen statischen Verdampfer oder in dessen räumlicher Nähe gebildet hat, zu einem dynamischen
Verdampfer geleitet, der während
dieses Prozesses kälter
gehalten wird als der zumindest eine statische Verdampfer. Dadurch
sublimiert das Eis und wird dem zumindest einen dynamischen Verdampfer
zugeführt.
Die dort auf diese Weise entstehende Vereisung wird dann in einem
gesonderten Abtauprozeß,
z. B. mit einem Heizelement entfernt. Das erfindungsgemäße Verfahren
kann wie oben beschrieben mit einem erfindungsgemäßen Gefriergerät durchgeführt werden, wobei
sich die beschriebenen Vorteile ergeben.
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Die Erfindung wird anhand der in
den beiliegenden schematischen Figuren dargestellten Ausführungsformen
im Detail erläutert.
Dabei zeigt:
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1:
eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Gefrierschrankes,
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2:
ein Schema des Kühlkreislaufs
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform,
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3:
das Schema des Kühlkreislaufs
einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform
und
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4:
das Schema eines Kühlkreislaufs
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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1 zeigt
eine seitliche Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Gefrierschrankes 1.
Der Gefrierschrank ist von einem Korpus 3 mit einer Isolierung
umgeben und durch eine Tür 5 verschlossen. In
dem Gefrierschrank befinden sich in gewohnter Weise einzelne Fächer 7 zum
Einlegen von Gefriergütern.
Ein gesondertes Compartment 9 enthält den hier als Lamellenverdampfer
ausgestalteten dynamischen Verdampfer 13. Der Lamellenverdampfer 13 ist über Luftkanäle 12 mit
den statischen Verdampfern, die hier als Plattenverdampferelemente 15 ausgestaltet
sind, verbunden. Luft kann durch die Luftkanäle mit Hilfe des Lüfters 11 befördert werden.
Der Gefrierschrank 1 umfaßt in bekannter Weise einen Kompressor
und einen Verflüssiger,
die hier nicht im Detail beschrieben werden.
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2 zeigt
das Schema des Kühlkreislaufs 23 einer
Reihenschaltungsanordnung des dynamischen Verdampfers 13 und
des statischen Verdampfers 15. Stromaufwärts des
dynamischen Verdampfers 13 ist eine Kapillare 21 als
Entspannungselement des Kühlkreislaufs
vorgesehen. Der Kompressor ist mit 19 bezeichnet, während 17 den
an sich bekannten Verflüssiger
bezeichnet. Der Pfeil 24 gibt die übliche Strömungsrichtung des Kühlmittels
an.
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3 zeigt
das Schema des Kühlmittelkreislaufs 23 einer
anderen Ausführungsform.
Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern wie in 2 bezeichnet. Der statische
Verdampfer und der dynamische Verdampfer 13 sind in parallelen Ästen des
Kühlmittelkreislaufs
vorgesehen. Jedem der Verdampfer ist eine Kapilla re 27, 29 zugeordnet.
Zwischen den einzelnen parallelen Ästen wird mit Hilfe des Umschaltventils 25 gewählt.
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4 zeigt
eine entsprechende Ausführungsform
ohne gesondertes Umschaltventil 25. Gleiche Elemente sind
mit gleichen Bezugsziffern wie in 2 bezeichnet.
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Die in den 2 bis 4 gezeigten
Ausführungsformen
zeigen der Einfachheit halber nur einen Plattenverdampfer 15 als
statischen Verdampfer. Wie bei Gefriergeräten üblich, können jedoch mehrere Plattenverampfer 15,
z. B. je Fach einer, vorgesehen sein, die jedoch in den Schemata
der 2 bis 4 der Übersichtlichkeit halber nicht
gezeigt sind.
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In keiner der Figuren ist die elektronische Steuerung
gesondert gezeigt, die für
die Steuerung der Ventile vorgesehen ist. Ebenso nicht gezeigt sind die
an sich bekannten Sensoren, mit denen der Vereisungsgrad bzw. die
Temperatur an den einzelnen Stellen des Gefriergeräts in bekannter
Weise festgestellt werden können.
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Der erfindungsgemäße Gefrierschrank kann wie
folgt eingesetzt werden. Bei einer Ausführungsform gemäß der 2 sind Lamellen- und statischer Verdampfer
in Reihe zueinander geschaltet, wobei die Einspritzstelle, die durch
die Kapillare 21 gebildet wird, stromaufwärts des
Lamellenverdampfers liegt. Im Normalbetrieb ist der Ventilator 13 am
Lamellenverdampfer 11 ausgeschaltet, so daß nur die
statischen Verdampfer 15 zur Abkühlung der in dem Gefrierschrank
eingelegten Lebensmittel aktiv sind. An sich bekanntes Kühlmittel
wird in flüssigem
Zustand in Richtung 24 zum Entspannungselement 21 geführt und
dort entspannt. Es durchläuft
die Verdampfer 13 und 15. Im Normalbetrieb verdampft
das Kältemittel im
statischen Verdampfer 15 und kühlt das Innere des Gefrierschrankes
durch Aufnahme der Verdampfungswärme.
Das gasförmige
Kältemittel
gelangt zum Kompressor 19, der es komprimiert. Im Verflüssiger 17 wird
das Kältemittel
in an sich bekannter Weise wieder verflüssigt.
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Um das Eis an den statischen Verdampfern 15 abzubauen,
wird der Ventilator 11 eine Zeitdauer x zugeschaltet und
damit der Lamellenverdampfer 13 aktiviert bzw. belastet.
Das Eis, das sich an den Plattenverdampfern 15 angelagert
hat, sublimiert und lagert sich an dem Lamellenverdampfer 13 an,
der aufgrund seiner stromaufwärtigen
Anordnung kälter
ist als die Plattenverdampfer. Bedarfsabhängig wird nach einem entsprechenden
Algorithmus der Lamellenverdampfer 13 abgetaut. Während dieser
Abtauphase wird der Kompressor 19 ausgeschaltet, so daß beide
Verdampfer 13, 15 inaktiv sind, und der Lamellenverdampfer 13 wird
mittels eines elektrischen, in dem Schema nicht gezeigten Heizelementes
abgetaut. Das entstehende Tauwasser wird in bekannter Weise über einen
Wasserablauf in eine Verdunstungsschale oberhalb des Kompressors
geleitet.
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Bei der Ausführungsform der 3 sind Plattenverdampfer 15 und
Lamellenverdampfer 13 in parallelen Ästen des Kühlkreislaufs 23 geschaltet. Über das
Magnetventil 25 wird die Kältemittelzufuhr entweder in
den statischen oder in den Lamellenverdampfer 13 sichergestellt.
Im Normalbetrieb sind nur die statischen Verdampfer 15 zur
Abkühlung
der in dem Gefrierschrank eingelegten Güter wie oben beschrieben aktiv.
Um das Eis an den statischen Verdampfern 15 abzubauen,
wird mit Hilfe des Magnetventils 25 auf den Lamellenverdampfer 13 umgeschaltet
und der Ventilator 11 angeschaltet. Die statischen Verdampfer 15 selbst
sind also nicht mehr aktiv. Das Eis, das sich an den Plattenverdampfern 15 angelagert
hat, sublimiert und lagert sich am jetzt kälteren Lamellenverdampfer 13 an.
Zusätzlich
wird durch den mit dem Lüfter 11 erzeugten
kalten Luftstrom auch während
des Sublimationsprozesses die Kühlung
der in den Gefrierschrank eingelegten Güter gewährleistet. Dieser wird bedarfsabhängig nach
einem Algorithmus abgetaut. Dazu wird das Kühlmittel durch den statischen
Verdampfer 15 geleitet und der Kühlmittelast des Lamellenverdampfers 13 inaktiviert.
Mit Hilfe einer nicht dargestellten Abtauheizung am Lamellenverdampfer 13 wird
das Eis abgetaut und das entstehende Tauwasser wird über einen Wasserablauf
in die Verdunstungsschale oberhalb des Kompressors geleitet. Während des
Abtauprozesses kann der statische Verdampfer 15 wieder
in Betrieb sein und die eingelegten Güter kühlen.
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4 zeigt
eine besondere Ausführungsform,
in der kein gesondertes Umschaltventil 25 vorgesehen ist.
Die Steuerung, welcher der Kühlmittelkreislaufäste in Betrieb
ist, kann mit Hilfe von Kapillarventilen 27 und 29 vorgenommen
werden. Sollen zur Kühlung
der eingelegten Güter
die statischen Verdampfer 15 in Betrieb sein, so ist das
Kapillarventil 27 geöffnet
und das Kapillarventil 29 geschlossen. Während der
Sublimationsphase ist das Kapillarventil 27 geschlossen
und das Kapillarventil 29 geöffnet, so daß der Lamellenverdampfer 13 aktiv
ist. Ansonsten ist die Betriebsweise der Ausführungsform der 4 analog zur Ausführungsform der 3.
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Die Entspannungselemente 27 und 29 der 4 müssen nicht notwendigerweise
als einstellbare Kapillarventile ausgeführt sein. Der Durchfluß kann bereits
bei der Herstellung bzw. dem Einbau z. B. durch die Länge der
gewählten
Kapillare wunschgemäß festgelegt
werden.
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Der statische Verdampfer kann auch
durch eine entsprechend dimensionierte Isolierung bzw. Kapselung
so ausgestaltet sein, daß sich
direkt am statischen Verdampfer kein Eis bildet, sondern nur in seiner
Umgebung bzw. anderen Flächen,
z. B. der Schubfachfronten. Dies kann beispielsweise durch eine
entsprechende konstruktive Gestaltung der Schubfachfronten des Behälters (z.
B. durch möglichst
geringe Dimensionierung der Luftspalte der Schubfachfronten) oder
anderer geeigneter Zusatzteile am Gerät oder dem statischen Verdampfer
geschehen. Auf diese Weise ist ebenfalls gewährleistet, daß der dynamische
Verdampfer 13 in der Regel kälter ist als diejenigen Stellen,
an denen sich das Eis während
des Normalbetriebes des Gefrierschrankes anlagert. Einschalten des
Lüfters 11 gewährleistet auch
in einem solchen Fall, daß das
Eis sublimiert und an dem kälteren
dynamischen Verdampfer niederschlägt. Dort kann es wie beschrieben
mit Hilfe eines gesonderten Abtauprozesses abgetaut werden.
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Die Sublimationsphasen, während derer
das Eis, das sich an den statischen Verdampfern 15 gebildet
hat, sublimiert und an den Lamellenverdampfer 13 übertragen
wird, können
ein- oder mehrfach zwischen den Abtauphasen vorgesehen sein.
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Während
letzterer wird das Eis, das sich während der Sublimationsphasen
an dem Lamellenverdampfer 13 angelagert hat, abgetaut.
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Mit dem erfindungsgemäßen Gefriergerät ist es
möglich,
den normalen Kühlbetrieb
mit Hilfe energiesparender statischer Verdampfer auszuführen. Ein
manueller Abtauprozeß wird
vermieden, indem eine Anordnung vorgesehen ist, die einen Sublimationsprozeß des an
den statischen Verdampfern vorhandenen Eises erlaubt, das sich dann
an einem dynamischen Verdampfer niederschlägt. Dieser dynamische Verdampfer
kann gesondert abgetaut werden. Nur während des Sublimationsprozesses
ist der kühlenergetisch
ungünstige
Betrieb des Lüfters
des dynamischen Verdampfers notwendig.